3. Расчет основных параметров горения газового фонтана

1. Дебит газового фонтана (D, млн. м³/сутки) рассчитывается по высоте факела пламени:

D = 0,0025 ∙ Н²_ф = 0,0025*35² = 3,06 млн∙м³/сутки

V_г = 3,06/(24*60*60) = 35,4 м³/с

2. Режим истечения газовой струи определяется сравнением эффективности скорости истечения (V_Э) со скоростью звука (V_О)

(6)

где V – секундный расход газа, м³/с,

d – диаметр устья скважины, м; d = 240мм = 0,24м

3. Расчет теоретической ( ) и действительной ( ) температур горения, для этого определим теплоту сгорания, т.е. количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы количества горючего материала, с учетом состава газового фонтана.

(7)

Рассчитаем теплоту сгорания метана, этана и бутана, опираясь на первое следование из закона Гесса. Запишем уравнение реакции их окисления по формуле (8):

CH₄+2(O₂+3,76N₂) CO₂+2H₂O+2 3,76N₂ (8)

C₂H₆+3,5О₂+3,5*3,76N₂ = 2CO₂+3H₂O+3,5*3,76N₂ (8)

C₄H₁₀+ 6,5(O₂+3,76N₂) 4CO₂ +5H₂O+6,5 3,76N₂ (8)

Поскольку в 1 м исходной газовой смеси содержится 84 об. % (0,84) метана и 6 об. % (0,06) этана и 7 об % (0,07) бутана, то общая теплота сгорания 1 м составит:

Найдем объемы продуктов горения

Количество вещества

_{Суммарный объем продуктов горения составит:}

_{Vпг=1,24+2,21+8,78+0,03=12,26м3/0,02445м3=501,43 моль/м3}

Адиабатическая температура горения находится по следующей формуле (7):

(7)

Действительная температура горения всегда ниже адиабатической, так как часть тепла теряется на излучение. При расчете действительной температуры горения учитывают потери тепла в результате химического недожога в зоне горения, когда образуются продукты неполного горения (CO, C, C_n, H_m и др.) и потерь тепла излучением факела пламени.

(9)

4. Изменение мощности (интенсивности) излучения факела пламени фонтана (Е, кВт/м²) в зависимости от расстояния до устья скважины можно рассчитать по соотношениям (10), при этом в качестве примера взяв расстояние L = 20 м:

(10)

Таблица 3. Величина облученности от факела газового фонтана в зависимости от расстояния до устья скважины.

Расстояние L, м	20	40	60	80	100	120	150
Облученность Е, кВт/м2	32,41	12	5,9	3,4	2,2	1,6	1

Зависимость E=f(L) в графической форме представлена на рис 4.

рис. 4 Зависимость изменения облученности, создаваемой факелом пламени газового фонтана, от расстояния до устья скважины.
Построенный график можно использовать для определения границ локальных зон теплового воздействия факела горящего фонтана, на которых уровень облученности составляет 1,6 кВт/м2 (является безопасным для нахождения в течении неопределенно долгого времени); 4,2 кВт/м2 (допустимо нахождение не более 15 мин без специального теплозащитного снаряжения при условии защиты открытых кожных покровов (перчатки, защитные щитки)) и 14 кВт/м2 (допустимо нахождение не более 5 мин в специальном теплозащитном снаряжении). Также границы зон можно определить из формулы (11), подставив в нее известные значения Е, считая неизвестной величиной расстояние L: Lбез 14 = (11) м Таким образом, расстояние до соответствующих локальных зон теплового воздействия составляют соответственно 1,6 кВт/м2 = 118,33 м; 4,2 кВт/м2 = 71,69 м; 14 кВт/м2 = 36,45 м.